Energieorientierte Produktionsplanung

Der Entwurf einer energieorientierten Maschinenbelegungsplanung für identische parallele Maschinen erfordert zunächst die Spezifikation des Anforderungsprofils. Dieses umfasst die Spezifikation der Aufgaben und Zielsetzungen einer energieorientierten Maschinenbelegungsplanung für identische parallele Maschinen im Rahmen der Werkstattfertigung. Darauf aufbauend kann das Zielsystem auf Basis der Abbildung der Produktion aus energieorientierter Sichtweise präzisiert werden.

Prinzipiell kann die Lösung des beschriebenen energieorientierten Maschinenbelegungsproblems für identische parallele Maschinen auf Basis von optimierenden oder heuristischen Verfahren erfolgen. Zu den optimierenden Verfahren für kombinatorische Optimierungsprobleme zählen zum Beispiel vollständige Enumeration, Branch-and-Bound-Verfahren sowie Verfahren der dynamischen Optimierung [vgl. Neumann/Morlock 2002]. Allerdings ist bereits die Bestimmung einer zulässigen Lösung eines Maschinenbelegungsplans für identische parallele Maschinen im Allgemeinen ein streng NP-hartes Optimierungsproblem. Dementsprechend ist die Lösung mittels optimierender Verfahren für realistische Problemgrößen oftmals nicht mit vertretbarem (Rechen)-Aufwand zu realisieren. Daher soll nachfolgend ein heuristisches Lösungsverfahren (Heuristik) für die vorliegende Problemstellung vorgestellt werden. Heuristiken bieten im Allgemeinen keinerlei Garantie dafür, dass eine optimale Lösung gefunden wird, generieren aber meist (sehr) gute suboptimale Ergebnisse mit vertretbarem Rechenaufwand.

Zür Evaluation der entwickelten methodischen Ansätze für die Umsetzung einer energieorientierten Maschinenbelegungsplanung für identische parallele Maschinen werden diese prototypisch auf ein Produktionssystem aus dem Bereich der Textilveredelung angewandt. Dazu erfolgt zunächst eine Analyse des vorliegenden Produktionssystems unter Berücksichtigung des betrieblichen Energieversorgungssystems. Hierbei steht die Erhebung der für eine energieorientierte Maschinenbelegungsplanung erforderlichen Daten im Vordergrund. Dies sind insbesondere die auftragsabhängigen Einsatzenergieträgerbedarfe der einzelnen Produktionsaufträge und die Bestimmung des zeitlichen Verlaufs des Einsatzenergieträgerbedarfs aller Produktionsaufträge. Aufbauend auf dieser Analyse soll eine Quantifizierung der Auswirkungen unterschiedlicher Maschinenbelegungspläne auf den mengenmäßigen Verbrauch an Endenergieträger sowie dessen Kosten bzw. Treibhausgasemissionen erfolgen. Da jedoch eine Quantifizierung der Verbrauchsmengen an Endenergieträger nicht direkt am realen Produktionssystem sinnvoll ist und kein (einfacher) funktionaler Zusammenhang zwischen dem mengenmäßigen Endenergieträgerbedarf und dem mengenmäßigen Einsatzenergieträgerbedarf vorliegt (vgl. Abschnitt 2.2.1.1), werden die relevanten Bereiche des betrieblichen Energieversorgungssystems auf Basis eines Simulationsansatzes abgebildet.